多功能道路破损修复助手的设计与研究

李冠岐 李国玲 李洋 马宁

摘要：根据交通运输部统计数据显示，近年来全国公路总里程不断增加，随着我国基础建设的投资、重视程度的增加，高速公路的建设也呈增长态势。在公路网络大规模修建的同时，公路的养护维修将是一个不可忽视的市场。因此，开发一款能将公路修复机械对小坑小洼进行填补，最大程度降低成本，减少安全隐患就变得很有必要。在此基础上我们发明了这款集轻盈、便捷、省时省力、节约成本于一身的多功能道路维修助手。

关键词：道路修复;坑洼修补

1.研究背景

20世纪中叶，我国秉承着“要想富、先修路”这一观点，使得我国的公路铺设总里程逐渐增加。自1978年，南起高雄，北至基隆的高速公路建成通车以来，我国步入了高速公路时代。十年后，沪嘉高速、沈大高速相继完工，使得我国的高速公路开始飞速发展。但是随着公路的日常使用和年久失修，使得道路出现坑洼、裂缝等问问题也相继而生。

截止到2020年底，我国公路总里程已达519.81万公里，其中高速公路达到16余万公里，居世界首位。但是道路维修和养护费用也在大幅度上升，并随着道路使用年限的增加，道路养护费用也在逐步增长。修补道路坑洼和裂缝问题，是养护费用的一大开支，当路面有小型的坑洼、裂缝等出现时，则会使路面的整体结构发生破坏，降低道路的试用寿命，更有甚者会发生交通事故，影响交通安全，造成人员的伤亡和经济损失。其原因主要是目前我国修补小型破损路面的方法还是主要依靠大型机械进行全方位的施工修补，此修补方法虽然能够解决路面坑洼问题，也能延长道路的使用寿命，但是使用大型機械进行修补，会增加经济的支出且工期较长，不适用于小规模的道路修补。使用人工修补，虽也可完成修补，达到使用要求，但是过于费时费力，且在车流量较大时，无法保证工人安全，存在一定的安全隐患。

2.设计与系统介绍

在充分的考虑到设备的可行性与实用性之后，我们设计了一款集路面坑洼破损3D扫描，坑洼切割与打磨，沥青搅拌与加热，沥青铺设与压实为一体的多功能破损道路修复助手，我们将沥青搅拌与加热，沥青铺设与压实机构作为此设备的主体，控制系统，切割与打磨机构作为辅助机构，安装在主体上，使之成为集成的一体化道路修复助手。

根据实际的使用要求，以及参照机械设计手册等工具书计算出多功能破损道路修复助手的移动装置尺寸，沥青搅拌加热机构尺寸，切割与打磨机构尺寸以及沥青铺设与压实机构尺寸等一些重要参数。

多功能道路破损修复助手，分为硬件机械结构和软件控制系统两部分，我们前期进行大量的数据搜集与研究，硬件机械结构方面，采用SolidWorks和CAD等软件进行整体的三维和二维建模与强度校核以及选材等。软件方面我们采用3D扫描技术通过3D摄像头，对路面坑洼进行扫描，通过系统计算得到路面修补方案的最优解，以达到最简单的修补方案和最省时省料的修补结果。

多功能道路破损修复助手，在实际使用过程中，只需1-2人便可完成原先大机械以及多人工才能完成的工作，不仅缩短了工期，还节省了人工的使用，最终节省了经济的支出，增加国家财政收入。因是小型机械施工，人员参与较少，既能减少对环境的污染，也能提高工作人员的安全系数。

3.效益分析

目前，中国公路网络已基本形成，大规模建设后必然带来繁重的养护任务，公路养护已由传统的“抢修时代”过渡到“全面养护时代”。2015-2019年，我国公路养护里程及其在公路总里程中占比均逐年增长。根据交通运输部数据，截至2019年末，我国公路养护里程495.31万公里，较2018年增长19.93万公里，在公路总里程中占比98.8%，接近100%，说明目前我国公路养护覆盖水平较高。

公路养护具有长期性、基础性地位，是一项值得长期投资的行业。现有的公路和新增公路为公路养护机械行业发展提供了广阔的发展空间。要保持公路顺畅通行，就必须对公路进行长期的日常性养护和周期性维修，特别是我国沥青路面建设大多都采用半刚性路基，其大中修周期一般在五年至十年左右，这样刚好形成闭式循环，有利于公路养护机械市场保有量保持长期稳定。公路养护机械是一种技术更新快、使用较为频繁、工况较为恶劣的工程机械设备，大部分设备使用年限在10年左右，基本与公路大中修周期相吻合，即使公路养护机械市场保有量达到饱和时，设备的年更新率也会相继跟上，具备可持续发展的特点，受宏观经济周期波动的影响较小。因此，从总体情况分析，公路养护机械行业周期性、区域性和季节性特征并不明显。

公路“手术刀”可以带来极高的效益，降低施工队等维修道路的成本，降低国家的经济支出，增加国家的财政收入。本产品体积小巧，可降低加工制作和人工操作等成本，且污染较小，能耗较低。因体积小巧，不需太多人工操作等因素，使得其相对来说修补效率高，且成本低。因其绿色简行低能耗使得其也与当今社会的所倡导的绿色发展相符合，使其更适应当今社会，更能推动社会发展。

4.结语

我国是世界公路大国，高速公路总里程更是居世界首位，使用一款省时省力且人工机械成本较低并有对环境的污染较小的公路修复机械，与当前国家提倡的绿色施工观念相同，符合社会发展规律。本项目在市场上存在一定相对性的竞争对手，而竞争对手在相应的产品内具有相对成熟的产品和销售体系，本产品属于新兴产品在市场竞争具有不小的直接压力。我们争取政府路政等部门的大力支持。包括给予行业的指导，协调产品科学快速的发展、公司发展方向、环境建设等方面的政策及资金支持。另外我们会加强市场监测，密切注视竞争格局出现的新变化，根据新变化及时调整现有的经营策略。完善产品功能及自动化功能的整体方案，吸引客户。根据实际情况随机应变，顺应时代发展潮流，符合政府要求，不断更新完善我们的产品。

参考文献

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[3]郑玉成.公路养护全面质量管理在交通经济发展中发挥的作用[J].财经界，2020（31）：35-36.